Длительные расчеты были выполнены с использованием высокопроизводительного компьютерного кластера (VSC), который в настоящее время является самым быстрым компьютером в Австрии. Недавно результаты были опубликованы в журнале PLOS Computational Biology.Электрические сигналы, генерируемые ионными каналами, управляемыми напряжением, необходимы для выживания. Без этих белков основные функции организма, такие как сердцебиение, передача сигналов в наш мозг или сокращение мышц, были бы невозможны.
Замечательная особенность этих необычных белков заключается в том, что они обеспечивают чрезвычайно быстрый и селективный поток ионов. Рентгеновские структуры предоставили потрясающее представление о структуре этих белков. Руководствуясь этой структурной информацией, становится возможным детальное изучение селективности и проводимости ионов. Кристаллические структуры выявили короткую, заполненную водой структуру «ионного фильтра» на внеклеточной стороне белка, окруженную четырьмя отрицательно заряженными боковыми цепями глутаминовой кислоты, что обеспечивает селективный поток натрия.
Однако из этих «статических» структур нелегко вывести, как детально работает динамический процесс ионного потока. Таким образом, компьютерное моделирование — отличное средство для механистического понимания этого процесса.Компьютерное моделирование визуализирует движение ионовЧтобы наблюдать за работой этих удивительных белков, было проведено компьютерное моделирование, так называемое моделирование молекулярной динамики.
Благодаря самому быстрому высокопроизводительному компьютеру в Австрии, Венскому научному кластеру (VSC), стало возможным детальное понимание механизма потока натрия. Группа исследователей из Департамента фармакологии и токсикологии в Вене обнаружила, что приток ионов из внеклеточной среды происходит намного быстрее, чем отток ионов. «Причина этого замечательного различия заключается в том, что ключевая аминокислота, глутаминовая кислота 53, совершает вращательное движение (« переворачивание »), тем самым модулируя поток ионов», — объясняет докторант Сун Кэ.Глутаминовая кислота (E53) регулирует поток в каналах
Моделирование молекулярной динамики показывает, что одна конкретная аминокислота, E53, имеет две различные конфигурации в зависимости от направлений ионного потока. «E53 допускает приток большого количества натрия, когда он находится в неперевернутом, обращенном наружу состоянии. Расчеты свободной энергии показали, что отток для ионов намного труднее из-за« барьера », который замедляет движение ионов.
Таким образом, «Чтобы помочь ионам« преодолеть »этот барьер и обеспечить отток ионов натрия, боковая цепь E53 переходит во внутреннюю конформацию», — объясняет Сонг Ке, аспирант Венского университета. Кроме того, мы считаем вероятным, что перевернутая глутаминовая кислота может играть существенную роль в запуске инактивации канала, ключевого механизма, обеспечивающего реполяризацию мембраны.